JPH1070040A - 可変容量コンデンサ及びその製造方法並びにその機械的共振周波数設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】片持梁部材の電気的直列抵抗およびＱを変えず
に、機械的共振周波数を小さくした可変容量コンデンサ
を提供する。 【解決手段】絶縁基板１に可変容量コンデンサの一方電
極となる固定電極２が形成され、この固定電極２に対し
て可変容量コンデンサの他方電極となる可動電極部４
ｃ’が空隙ｇを介して対向配置され、この可動電極部４
ｃ’は支持腕部４ｂを介して支持基部４ａ’により絶縁
基板１に固定され、固定電極２と可動電極部４ｃ’との
間に印加した直流電圧により、固定電極２と可動電極部
４ｃ’との間に生じる静電力により可動電極部４ｃ’を
変位させて、可変容量を得るようにした可変容量コンデ
ンサにおいて、可動電極部４ｃ’の厚みが、支持腕部４
ｂの厚みに対して、大きいことを特徴とする可変容量コ
ンデンサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一方電極が固定で
他方電極が変位可能な片持梁構造をした可変容量コンデ
ンサおよびその製造方法並びにその機械的共振周波数設
定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車衝突防止装置、簡易無線装
置、無線ラン（ＬＡＮ）などミリ波を使用するデバイス
が商品化されつつある。これらのデバイスのＶＣＯ（電
圧制御発振器）、周波数変調器などに使用される可変容
量コンデンサの需要がある。この可変容量コンデンサと
しては、従来バラクタダイオードがあるが、内部抵抗が
大きく共振回路のQ を低下させるという問題がある。

【０００３】これに対し、本発明者は、先に電気的Ｑの
高い可変容量コンデンサとして、図１３に示すように、
支持基部１３ａ、支持腕部１３ｂおよび可動電極部１３
ｃからなる片持梁部材１３を有して機械的動作を伴うコ
ンデンサを提案した（これを以下、「従来」という）。

【０００４】この可変容量コンデンサの製造方法につい
て説明する。絶縁基板１１に可変容量コンデンサの一方
電極となる固定電極１２を形成する。つぎに、支持基部
１３ａ、支持腕部１３ｂおよび可動電極部１３ｃからな
る片持梁部材１３を、その可動電極部１３ｃが固定電極
１２と空隙ｇを介して対向するように絶縁基板１１上に
配置する。この場合、機械的共振周波数の低い可変容量
コンデンサを製造するときには、片持梁部材１３の全体
の厚み、特に可動電極部１３ｃおよび支持腕部１３ｂの
厚みを実線で示す通常の厚みよりは、破線で示すよう
に、一律に薄く形成している。

【０００５】また、機械的共振周波数の高い可変容量コ
ンデンサを製造するときには、片持梁部材１３の全体の
厚み、特に可動電極部１３ｃおよび支持腕部１３ｂの厚
みを実線で示す通常の厚みよりは、一点鎖線で示すよう
に、一律に厚く形成している。

【０００６】この図１３に示す可変容量コンデンサは、
固定電極１２と可動電極部１３ｃとの間に印加した直流
電圧により、固定電極１２と可動電極部１３ｃとの間に
静電引力が生じ、この静電引力により可動電極部１３ｃ
を固定電極１２側に変位させて、所定の可変容量を得る
ようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記製
造方法により製造された可変コンデンサについては、つ
ぎのような問題点があった。即ち、可変容量コンデンサ
の機械的共振周波数を低くするために、片持梁部材１３
全体を薄く形成した場合には、確かに機械的共振周波数
が低くなり、それと同時に、支持腕部１３ｂのバネ定数
即ち剛性も低下し、同一印加電圧に対して片持梁部材１
３の変位量も大きくなって低電圧駆動が可能となり容量
変化も大きくなるが、その反対に、片持梁部材１３の電
気的直列抵抗が大きくなってコンデンサの電気的Ｑが小
さくなっていた。

【０００８】また、可変容量コンデンサの機械的共振周
波数を大きくするために、片持梁部材１３全体を厚く形
成した場合には、確かに機械的共振周波数は高くなり、
それと同時に、電気的直列抵抗も低下してコンデンサの
電気的Ｑも大きくなるが、その反対に、支持腕部１３ｂ
のバネ定数が大きくなって、同一印加電圧に対して片持
梁部材１３の変位量も小さくなって低電圧駆動ができず
容量変化も小さくなっていた。

【０００９】更に、可変容量コンデンサの設計時に、駆
動電圧を中心に考えると、片持梁部材３の厚みが一律に
決まってしまうため、可変容量コンデンサの機械的共振
周波数を自由に定めることができないばかりか、コンデ
ンサの電気的Ｑも変化してしまう欠点があった。

【００１０】そこで、本発明は、第１にコンデンサの電
気的Ｑが大きく機械的共振周波数の異なる可変容量コン
デンサ、第２にこの可変容量コンデンサの電気的Ｑを余
り低下させることなく製造することのできる可変容量コ
ンデンサの製造方法、第３に可変容量コンデンサの機械
的共振周波数を変えて設計の自由度を高める機械的共振
周波数設定方法をそれぞれ提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、下記の解決手段を採ることを特徴とす
る。

【００１２】請求項１記載の発明は、絶縁基板に一方電
極となる固定電極が形成され、この固定電極に対して他
方電極となる可動電極部が空隙を介して対向配置され、
この可動電極部は支持腕部を介して支持基部により前記
絶縁基板に支持固定され、前記固定電極と前記可動電極
部との間に印加した電圧により前記可動電極部を変位さ
せて可変容量を得るようにした可変容量コンデンサにお
いて、前記可動電極部の厚みと前記支持腕部の厚みを相
互に違う厚みに構成したものである。

【００１３】この発明は、可動電極部または支持腕部の
厚みを相互に変えて、機械的共振周波数を変えるが、片
持梁部材の電気的直列抵抗およびコンデンサの電気的Ｑ
は、支持腕部および可動電極部の厚みが同一のものに比
べて余り変わらない。これは、可動電極部の抵抗と支持
腕部の抵抗とは直列になるが、一方の厚みが薄くなって
その抵抗が大きくなり、他方の厚みが厚くなってその抵
抗が小さくなっているからである。

【００１４】請求項２記載の発明は、前記支持腕部の厚
みに対して、前記可動電極部の厚みを厚く構成したもの
である。

【００１５】この発明は、片持梁部材の先端部に位置す
る可動電極部の厚みが支持腕部に比べて大きくなってい
るので、片持梁部材の先端部の質量が大きくなり、か
つ、バネ定数即ち剛性が小さくなっているので、機械的
共振周波数が小さくなる。片持梁部材の電気的直列抵抗
およびコンデンサのＱは、支持腕部および可動電極部の
厚みが同一のものに比べて余り変わらない。これは、可
動電極の抵抗と支持腕部の抵抗とは直列になるが、支持
腕部の抵抗が大きくなっているのに対して、可動電極の
厚みが小さくなっているからである。

【００１６】また、支持腕部の厚みが小さくなっている
ので、バネ定数が小さくなって、片持梁部材は従来と同
一の印加直流電圧に対する変位が大きくなり、容量変化
も大きくなる。そして、低電圧で従来と同一の容量変化
を得ることができる。

【００１７】請求項３記載の発明は、前記支持腕部の厚
みに対して、前記可動電極部の厚みを薄く構成したもの
である。

【００１８】この発明は、片持梁部材の先端に位置する
可動電極部の厚みが支持腕部に比べて小さくなっている
ので、片持梁部材の先端部の質量が小さくなり、かつ、
バネ定数即ち剛性が大きくなっているので、機械的共振
周波数が大きくなる。片持梁部材の電気的直列抵抗およ
びコンデンサの電気的Ｑは、支持腕部および可動電極部
の厚みが同一のものに比べて余り変わらない。支持腕部
の厚みが大きくなっているので、バネ定数が大きくなっ
て、従来と同一の直流電圧を印加した場合、変位は小さ
くなり、容量変化も小さくなるが、高い電圧を印加する
ことにより従来と同一の容量変化を得ることができる。

【００１９】請求項４記載の発明は、絶縁基板に固定電
極を形成し、前記固定電極表面と該固定電極に連なる前
記絶縁基板の一部表面に跨って犠牲層を形成し、支持基
部、支持腕部、および可動電極部の各部分からなる金属
の片持梁部材であって、該支持基部を前記絶縁基板表面
に形成し、前記可動電極部が前記固定電極表面に対向す
るように、該支持腕部および該可動電極部を前記犠牲層
上に形成し、つぎに前記片持梁部材の前記可動電極部と
前記支持腕部のいずれか一方の露出表面に金属を堆積し
て該一方の厚みを他方の厚みに比べて厚く形成し、この
後、前記犠牲層をエッチングして除去するものである。

【００２０】この製造方法においては、犠牲層は、固定
電極と可動電極の間に空隙幅を定めると共に、可動電極
を支持する支持腕部の内側（固定電極側）形状を特定す
る。片持梁部材は当初全体を同じ厚みに形成する。そし
て、片持梁部材のバネ定数や電気的直列抵抗を考慮して
可動電極と支持腕部の何れか一方を追加して、その厚み
を厚くする。この場合、支持基部の厚みに変更はない。

【００２１】請求項５記載の発明は、絶縁基板に固定電
極を形成し、前記固定電極表面と該固定電極に連なる前
記絶縁基板の一部表面に跨って犠牲層を形成し、支持基
部、支持腕部、および可動電極部の各部分からなる金属
の片持梁部材であって、該支持基部を前記絶縁基板表面
に形成し、前記可動電極部が前記固定電極表面に対向す
るように、該支持腕部および該可動電極部を前記犠牲層
上に形成し、つぎに前記片持梁部材の前記可動電極部と
前記支持腕部のいずれか一方をエッチングして該一方の
厚みを他方の厚みに比べて薄く形成し、この後、前記犠
牲層をエッチングして除去するものである。

【００２２】この製造方法においては、犠牲層は、固定
電極と可動電極の間に空隙幅を定めると共に、可動電極
を支持する支持腕部の内側（固定電極側）形状を特定す
る。片持梁部材は当初全体を同じ厚みに形成する。そし
て、片持梁部材のバネ定数や電気的直列抵抗を考慮して
可動電極と支持腕部の何れか一方をエッチングして、そ
の厚みを薄くする。この場合、支持基部の厚みに変更は
ない。

【００２３】請求項６記載の発明は、絶縁基板に固定電
極が形成され、この固定電極に対し可動電極部が空隙を
介して対向配置され、この可動電極部は支持腕部を介し
て支持基部により前記絶縁基板に支持固定され、前記可
動電極部、支持腕部および支持基部は片持梁部材を構成
し、前記固定電極と前記片持梁部材との間に印加した電
圧により、前記可動電極部を変位させて可変容量を得る
ようにした可変容量コンデンサであって、前記可動電極
部と前記支持腕部の厚みを相対的に変えることにより、
前記片持梁部材の機械的共振周波数を定めるものであ
る。

【００２４】この方法に於いて、可動電極と支持腕部
は、これらの厚みの一方を薄く構成した場合には他方を
厚く構成する。この構成は、片持梁部材全体の直列の電
気抵抗の変動を小さくする。結果的に、可変容量コンデ
ンサの電気的Ｑの変動を小さくする。また、片持梁部材
の機械的共振周波数は、ほぼ可動電極と支持腕部の質量
に反比例し、支持腕部の厚みに比例すると考えることが
できる。そして、片持梁部材のバネ定数は、支持腕部の
厚みに依存している。このことから、支持腕部の厚みを
次第に薄く構成すれば、機械的共振周波数は次第に小さ
くなり、逆に支持腕部の厚みを次第に厚くすれば、機械
的共振周波数は次第に大きくなる。なお、支持基部は、
電気抵抗および支持腕部の支持強度に影響を与えるの
で、支持梁部材の全体の構成を考慮してその厚みを決め
る。

【００２５】また、機械的共振周波数は、可動電極の厚
みを次第に厚くしていくと、換言すれば、可動電極の質
量を増大すると次第に小さくなり、逆に厚みを次第に薄
くすると質量の減少に伴って次第に大きくなる。

【００２６】更に、支持腕部の厚みを薄く構成すれば、
片持梁部材のバネ定数が小さくなるので、可動電極の位
置を可変する印加電圧が低くてよい。これとは逆に、支
持腕部の厚みを厚く構成すれば、バネ定数は大きくなる
ので、印加電圧を高くする必要がある。

【００２７】

【発明の実施の形態】

（構造の実施例１）以下に、本発明の可変容量コンデン
サの構成について、図１を参照して説明する。

【００２８】絶縁基板１にコンデンサの一方電極となる
固定電極２が形成される。この固定電極２に対してコン
デンサの他方電極となる可動電極部４ｃ’が空隙ｇを介
して対向配置される。この可動電極部４ｃ’は支持腕部
４ｂを介して支持基部４ａ’により絶縁基板１に支持固
定される。この場合、支持腕部４ｂの厚みは、可動電極
部４ｃ’および支持基部４ａ’の厚みより薄く形成され
ている。そして、これらの支持基部４ａ’、支持腕部４
ｂ、可動電極部４ｃ’は、片持梁部材４１を形成する。

【００２９】この可変容量コンデンサは、固定電極２と
片持梁部材４１との間に印加した直流電圧または交流電
圧による静電吸引力により、可動電極部４ｃ’と固定電
極２との空隙ｇを変え、可動電極部４ｃ’と固定電極２
との間に形成される容量を変えるものであり、この容量
可変の機能がＶＣＯ（電圧制御発振器）、周波数変調器
などに使用される。

【００３０】また、この可変容量コンデンサは、厚みの
薄い支持腕部４ｂの抵抗と、厚みの厚い可動電極部４
ｃ’の抵抗とが直列になるので、片持梁部材４１の電気
的直列抵抗およびコンデンサの電気的Ｑが、従来の可動
電極部と支持腕部の厚みが等しいものに比べて、余り変
わらない。これは、電気抵抗は片持梁部材４１の各部の
厚みに依存しており、厚み寸法が小さくなるにつれて電
気抵抗が高くなり、逆に厚み寸法が大きくなるにつれて
電気抵抗が小さくなるからである。支持椀部４ｂの電気
抵抗は従来の支持椀部の電気抵抗より大きい。また、可
動電極部４ｃ’の電気抵抗は従来の可動電極の電気抵抗
より小さい。

【００３１】また、この可変容量コンデンサは、片持梁
部材４１の先端部に位置する可動電極部４ｃ’の厚みが
支持腕部４ｂに比べて厚くなっているので、支持腕部４
ｂに対する可動電極部４ｃ’の質量が相対的に大きくな
り、かつ、可動電極４c ’の厚みと同じ厚みのときに比
べて支持腕部４ｂのバネ定数即ち剛性が小さくなってい
るので、機械的共振周波数が小さくなる。

【００３２】また、支持腕部４ｂの厚みが可動電極４
ｃ’の厚みに比べて薄くなっているので、バネ定数が小
さくなって、従来と同一の直流電圧を印加した場合、従
来のものに比べて片持梁部材４１の変位が大きくなり、
容量変化も大きくなる。そして、従来より低い電圧で従
来のものと同一の容量変化を得ることができる。

【００３３】（構造の実施例２）つぎに、本発明の第２
実施例の可変容量コンデンサの構造について、図７を参
照して説明する。

【００３４】絶縁基板１にコンデンサの一方電極となる
固定電極２が形成される。この固定電極２に対してコン
デンサの他方電極となる可動電極部４ｃが空隙ｇを介し
て対向配置される。この可動電極部４ｃは支持腕部４
ｂ’を介して支持基部４ａ’により絶縁基板１に固定さ
れる。この場合、支持基部４ａ’および支持腕部４ｂ’
の厚みは、可動電極部４ｃの厚みより厚く形成される。
そして、支持基部４ａ’、支持腕部４ｂ’および可動電
極部４ｃは、片持梁部材４２を形成する。

【００３５】この可変容量コンデンサは、固定電極２と
片持梁部材４２との間に印加した直流電圧または交流電
圧の静電吸引力により、可動電極部４ｃと固定電極２と
の空隙ｇを変えて、可動電極部４ｃと固定電極２との間
に形成される容量を変えるものである。

【００３６】また、この可変容量コンデンサにおいて
は、可動電極部４ｃはその厚みが支持基部４ａ’および
支持腕部４ｂ’に比べて薄くてその抵抗値は大きいが、
支持基部４ａ’および支持腕部４ｂ’の厚みが可動電極
部４ｃに比べて厚くて、その抵抗値が小さいので、片持
梁部材４２の電気的直列抵抗およびコンデンサのＱは、
従来の可動電極部と支持腕部の厚みが等しいものに比べ
て、余り変わらない。

【００３７】また、この可変容量コンデンサは、片持梁
部材４２の先端部に位置する可動電極部４ｃの厚みが支
持腕部４ｂに比べて薄くなっているので、片持梁部材４
２の可動電極部４ｃの先端質量が小さくなり、かつ、支
持腕部４ｂのバネ定数即ち剛性が大きくなっているの
で、機械的共振周波数が大きくなる。また、支持腕部４
ｂ’の厚みが大きくなっているので、バネ定数が大きく
なって、従来と同一の電圧を印加すると、片持梁部材４
２の変位は小さくなって、容量変化も小さくなるが、直
流の高電圧を印加することにより従来と同一の容量変化
を得ることができる。

【００３８】つぎに、図１０において、支持腕部４ｂの
厚みｔを種々変えた場合の機械的共振周波数の変化を表
１に示す。なお、片持梁部材４および固定電極２の幅
（図１０において奥行き）は５００μｍである。

【００３９】

【表１】

【００４０】この表１により、支持腕部４ｂの厚みｔが
可動電極部４ｃの厚みに比較して相対的に薄い場合に
は、機械的共振周波数が小さくなり、大きい場合には、
機械的共振周波数が大きくなることが理解できる。な
お、表１において、ｔ＝２．０μｍの場合は、可動電極
部４ｃの厚みと支持腕部４ｂの厚みが同一の場合を示し
ている。

【００４１】（製造方法の実施例１）つぎに、本発明の
可変容量コンデンサの第１実施例の製造方法について図
２から図６を参照して説明する。

【００４２】図２において、石英（ＳｉＯ２）よりなる
絶縁基板１上に、チタン（Ｔｉ）を５００オンク゛ストロ-ムの
厚みに、その後、金（Ａｕ）を０．３μｍの厚みに順次
蒸着して成膜する。フォトレジストを固定電極２の形状
にパターンニング後、このフォトレジストをマスクとし
て上層のＡｕ膜の不要部分を王水で、下層のＴｉ膜の不
要部分をフッ酸でそれぞれエッチング除去して矩形状の
固定電極２を形成する。 図３において、絶縁基板１と
固定電極２の上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）をスパッタリング
により成膜する。フォトレジストを犠牲層３の形状にパ
ターンニング後、このフォトレジストをマスクとしてＺ
ｎＯ膜の不要部分をリン酸、硝酸および水の混合溶液で
エッチング除去して犠牲層３を形成する。この犠牲層３
は、固定電極２の上と、この固定電極２の一辺を越えた
基板１の上の一部分にも形成されている。

【００４３】図４において、絶縁基板１および犠牲層３
の上にアウミニウム（Ａｌ）をスパッタリングまたは蒸
着により成膜する。フォトレジストを片持梁部材４の形
状にパターニング後、このフォトレジストをマスクとし
てＡｌ膜の不要部分をイオンミルまたはＲＩＥ（反応性
イオンエッチング）により除去して、片持梁部材４を形
成する。この片持梁部材４は、犠牲層３の上に設けた可
動電極部４ｃと、犠牲層３に添着したように設けた支持
腕部４ｂと、絶縁基板１の上に設けた支持基部４ａとで
形成されている。

【００４４】図５において、絶縁基板１と片持梁部材４
との上に、支持基部４ａと可動電極部４ｃ上に窓を有す
るレジストをパターニングする。このレジストをマスク
として蒸着によりＡｌを成膜し、前記窓を通してＡｌが
堆積されて厚みを増した支持基部４ａ’と可動電極４
ｃ’を形成する。そして、不要なレジストとその上のＡ
ｌ膜をリフトオフにより除去する。

【００４５】なお、このリフトオフの他に、片持梁部材
４を全体に厚く形成して、支持腕部４ｂに窓を有するレ
ジストマスクを形成して、この窓を通してイオンミルあ
るいはＲＩＥにより支持腕部４ｂを薄くドライエッチン
グしてもよい。

【００４６】図６において、基板１全体を濃硝酸中に浸
漬してＺｎＯからなる犠牲層３をエッチング除去し、犠
牲層３の後に空隙ｇの形成された本実施例の可変コンデ
サを得る。このとき、Ａｌは硝酸と反応して不動体を形
成するためエッチングされない。また、６０℃のアセチ
ルアセトンの溶液を用いれば、Ａｌを全く溶解すること
なく、ＺｎＯのみをエッチング除去することができる。

【００４７】本実施例の製造方法は、犠牲層３をエッチ
ングして、この後に空隙ｇを形成し、支持腕部４ｂに比
べて厚みの厚い支持基部４ａ’および可動電極部４ｃ’
からなる片持梁部材４１を形成することができる。

【００４８】（構造の実施例２）つぎに、本発明の第２
実施例の可変容量コンデンサの構造について、図７を参
照して説明する。

【００４９】絶縁基板１にコンデンサの一方電極となる
固定電極２が形成される。この固定電極２に対してコン
デンサの他方電極となる可動電極部４ｃが空隙ｇを介し
て対向配置される。この可動電極部４ｃは支持腕部４
ｂ’を介して支持基部４ａ’により絶縁基板１に固定さ
れる。この場合、支持基部４ａ’および支持腕部４ｂ’
の厚みは、可動電極部４ｃの厚みより厚く形成される。
そして、支持基部４ａ’、支持腕部４ｂ’および可動電
極部４ｃは、片持梁部材４２を形成する。

【００５０】この可変容量コンデンサは、固定電極２と
片持梁部材４２との間に印加した直流電圧または交流電
圧の静電吸引力により、可動電極部４ｃと固定電極２と
の空隙ｇを変えて、可動電極部４ｃと固定電極２との間
に形成される容量を変えるものである。

【００５１】また、この可変容量コンデンサにおいて
は、可動電極部４ｃはその厚みが支持基部４ａ’および
支持腕部４ｂ’に比べて薄くてその抵抗値は大きいが、
支持基部４ａ’および支持腕部４ｂ’の厚みが可動電極
部４ｃに比べて厚くて、その抵抗値が小さいので、片持
梁部材４２の電気的直列抵抗およびコンデンサのＱは、
従来の可動電極部と支持腕部の厚みが等しいものに比べ
て、余り変わらない。

【００５２】また、この可変容量コンデンサは、片持梁
部材４２の先端部に位置する可動電極部４ｃの厚みが支
持腕部４ｂに比べて薄くなっているので、片持梁部材４
２の可動電極部４ｃの先端質量が小さくなり、かつ、支
持腕部４ｂのバネ定数即ち剛性が大きくなっているの
で、機械的共振周波数が大きくなる。また、支持腕部４
ｂ’の厚みが大きくなっているので、バネ定数が大きく
なって、従来と同一の電圧を印加すると、片持梁部材４
２の変位は小さくなって、容量変化も小さくなるが、高
電圧を印加することにより従来と同一の容量変化を得る
ことができる。

【００５３】（製造方法の実施例２）つぎに、本発明の
可変容量コンデンサの第２実施例の製造方法について図
８および図９を参照して説明する。

【００５４】本実施例の製造方法は、第１実施例の製造
方法における第１工程（図２）〜第３工程（図４）を同
一にするので、その説明を援用する。

【００５５】図４において、絶縁基板１と片持梁部材４
との上に、支持基部４ａと支持腕部４ｂ上に窓を有する
レジストをパターニングする。このレジストをマスクと
して蒸着によりＡｌを成膜し、図８に示すように、前記
窓を通してＡｌが堆積されて厚みを増した支持基部４
ａ’と支持腕部４ｂ’を形成する。そして、不要なレジ
ストとその上のＡｌをリフトオフにより除去する。

【００５６】なお、このリフトオフの他に、片持梁部材
４を全体に厚く形成して、可動電極部４ｃに窓を有する
レジストマスクを形成して、この窓を通してイオンミル
あるいはＲＩＥにより可動電極部４ｃを薄くエッチング
してもよい。

【００５７】図９において、基板１全体をを濃硝酸中に
浸漬してＺｎＯからなる犠牲層３をエッチング除去し、
犠牲層３の後に空隙ｇの形成された本実施例の可変コン
デサを得る。

【００５８】以上のように、本実施例の製造方法は、図
８に示す工程において、支持基部４ａと支持腕部４ｂの
上に窓を有するレジストマスクを形成し、この窓を通し
てアルミニウムを堆積するので、可動電極部４ｃに比べ
て支持基部４ａ’および支持腕部４ｂ’の厚みの厚い片
持梁部材４２を形成することができる。

【００５９】（製造方法の第３実施例）本発明に係る可
変容量コンデンサの製造方法としては、上記製法の他
に、図４において、支持基部４ａ、支持腕部４ｂおよび
可動電極部４ｃからなる片持梁部材４を設計上の最大値
の厚さに形成した後、可動電極部４ｃまたは支持腕部４
ｂを周知のエッチング技術を用いて選択的にエッチング
して、これらの部分の厚みを薄く形成してもよい。

【００６０】（周波数設定方法の実施例）本発明の可変
容量コンデンサの機械的共振周波数設定方法について説
明する。ギガヘルツ（GHz)台の高周波の回路、例えば、
高周波発振回路に用いる可変容量コンデンサは、コンデ
ンサの電気的Ｑが高い方が高周波回路のＱを低下させな
いためには好ましい。また、可動電極部を有する可変容
量コンデンサは、その機械的共振周波数が高い方が可変
容量コンデンサの動作周波数の適用領域を広げる観点か
ら望ましい。

【００６１】可変容量コンデンサの電気的Ｑは、コンデ
ンサの静電容量と端子間抵抗により求められる。この静
電容量は、例えば図１において、固定電極２と可動電極
部４ｃ’の対向面積と両者間の空隙ｇに依存し、また、
端子間抵抗は、固定電極２および片持梁部材４１の電気
抵抗、特に、固定電極２に比べて長く構成されている片
持梁部材４１の電気抵抗に依存している。片持梁部材４
１の電気抵抗は、可動電極部４ｃ’の電気抵抗、支持腕
部４ｂの電気抵抗および支持基部４ａ’の電気抵抗が直
列に接続された抵抗と考えることができ、可動電極部４
ｃ’、支持腕部４ｂ、支持基部４ａ’の厚みを変更する
ことにより変えることができる。可動電極部、支持腕部
の厚みを厚く構成するとそれらの電気抵抗は小さくな
り、逆に厚みを薄くすると電気抵抗は大きくなる。

【００６２】可変容量コンデンサを設計する場合には、
コンデンサの初期容量（可変操作開始前の容量）および
コンデンサの容積が優先的に決められる。従って、可動
電極部４ｃ’の面積および支持腕部４ｂの長さを変更要
素とすることは考慮されない。このため、片持梁部材４
１の機械的共振周波数は、主に可動電極部４ｃ’と支持
腕部４ｂの厚みに依存して決められる。一方、コンデン
サの電気的Ｑを重視する観点からは、片持梁部材４１の
電気抵抗を大幅に変えることは好ましくなく許容値の範
囲内に維持することが必要になる。

【００６３】片持梁部材４１の機械的共振周波数は、可
動電極部４ｃ’と支持腕部４ｂの質量に比例する。従っ
て、可動電極部４ｃと支持腕部４ｂの何れか一方または
双方の厚みを可変要素とすれば、機械的共振周波数を変
えることができる。また、片持梁部材４１の機械的共振
周波数は、支持腕部４ｂの厚みに比例する。従って、支
持腕部の厚みを可変要素とすれば、機械的共振周波数を
変えることができる。上述の考察に基づいて、可動電極
部４ｃ’と支持腕部４ｂの厚みを相対的に変えることに
より、コンデンサの電気的Ｑを許容値の範囲に維持しつ
つ、片持梁部材４１の機械的共振周波数を所定の周波数
に定めることができる。ここで、相対的とは、可動電極
部４ｃ’と支持腕部４ｂの厚みが同一でないことをい
い、換言すれば、一方から見ると他方は厚く、他方から
見ると一方は薄い関係にあることをいう。

【００６４】更に、可変容量コンデンサの設計には、片
持梁部材４１のバネ定数が考慮される。このバネ定数
は、支持腕部４ｂの厚みに依存している。支持腕部４ｂ
の厚みを次第に薄くするとバネ定数は小さくなり、逆
に、支持腕部４ｂの厚みを次第に厚くするとバネ定数は
次第に大きくなる。従って、固定電極２と片持梁部材４
１の間に印加する直流電圧を低くする場合は、支持腕部
４ｂの厚みを薄く構成することが必要である。また、図
７に示すように、支持腕部４ｂのバネ定数が大きい場合
には、可動電極部４ｃを変位させるために固定電極２と
片持梁部材４２の間に大きな直流電圧の印加が必要にな
る。

【００６５】実際の可変容量コンデンサの設計には、上
述の種々の制約を考慮して、図１に示すように、片持梁
部材４１の厚み、特に、可動電極部４ｃと支持腕部４ｂ
の厚みの設計上の上限と下限、つまり最大許容値と最小
許容値を定める。この上限と下限の間の厚みが可動電極
部４ｃ’と支持腕部４ｂの厚みを定める許容範囲とな
り、この許容範囲には、図１３に示すように可動電極部
１３ｃと支持腕部１３ｂの厚みが等しいものが存在す
る。

【００６６】従って、可動電極部４ｃと支持腕部４ｂの
厚みを相対的に変える方法には、第１に、可動電極部４
ｃと支持腕部４ｂの設計上の下限の厚みから可動電極部
４ｃまたは支持腕部４ｂの厚みを厚く形成する方法、第
２に、可動電極部４ｃと支持腕部４ｂの設計上の上限の
厚みから可動電極部４ｃと支持腕部４ｂの厚みを択一的
に薄く加工する方法、第３に、可動電極部４ｃと支持腕
部４ｂの標準の厚みから一方を薄く構成し他方を厚く構
成する方法がある。

【００６７】つぎに、可変容量コンデンサの具体的な機
械的共振周波数設定方法を述べる。図４において、片持
梁部材４の厚みを設計上の最大許容値に形成する。この
後、可変容量コンデンサの使用周波数に応じて、図１１
に示すような実測グラフを参照しながら、例えば、エッ
チング技術などにより、支持腕部４ｂの厚みを薄く加工
するか、または、可動電極部４ｃの厚みを薄く加工する
ことにより、所期の機械的共振周波数を有する可変容量
コンデンサを得る。

【００６８】また、図４において、片持梁部材４の可動
電極部４ｃと支持腕部４ｂの厚みを設計上の最小許容値
に形成する。この後、可変容量コンデンサの使用周波数
に応じて、図１１に示すような実測グラフを参照しなが
ら、例えば、蒸着、スパッタリング、メッキなどによ
り、支持腕部４ｂの厚みを厚く加工するか、または、可
動電極部４ｃの厚みを厚く加工することにより、所期の
機械的共振周波数を有する可変容量コンデンサを得る。

【００６９】上述の方法に於いて、図１に示すように、
支持腕部４ｂの厚みを薄くすると可動電極部４ｃ’の厚
みは相対的に厚くなる。支持腕部４ｂの厚みを薄く構成
すると、支持腕部４ｂの電気抵抗が大きくなると共にバ
ネ定数が小さくなり、また、図１１に示すように、片持
梁部材４１の機械的共振周波数は低くなる。図１に示す
ように、可動電極部４ｃ’の相対的に厚い厚みは、可動
電極部４ｃ’の電気抵抗を小さくし支持腕部４ｂに於け
る電気抵抗の増大を補うことになると共に可動電極４
ｃ’の質量を増大して機械的共振周波数を低下させる。
つまり、図１２における機械的共振周波数ｆo を低い方
（図の左側）に移行し、可変容量コンデンサの動作周波
数の適用範囲ｆを狭める。

【００７０】一方、図７に示すように、支持腕部４ｂ’
の厚みを厚くすると可動電極部４ｃの厚みは相対的に薄
く構成される。支持腕部４ｂ’の厚みを厚く構成する
と、支持腕部４ｂ’の電気抵抗が小さくなると共にバネ
定数が大きくなり、図１１に示すように、片持梁部材４
２の機械的共振周波数は高くなる。図７に示すように、
可動電極部４ｃが支持腕部４ｂ’より薄い厚みは、可動
電極の質量を減少して機械的共振周波数を大きくする。
つまり、図１２における機械的共振周波数ｆo を高い方
（図の右側）に移行し、可変容量コンデンサの動作周波
数の適用範囲ｆを拡大する。

【００７１】上述の構成により、可変容量コンデンサの
機械的共振周波数を変えて、可変容量コンデンサの設計
の自由度を向上させることができる。

【００７２】なお、この可変容量コンデンサの機械的共
振周波数の設定方法は、片持梁部材を作成後、その機械
的共振周波数が目的とする機械的共振周波数からずれて
いた場合の機械的共振周波数の調整方法としても適用さ
れる。

【００７３】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、可動電極部また
は支持腕部の厚みを相互に違う厚味にしたので、コンデ
ンサの電気的Ｑを、支持腕部および可動電極部の厚みが
同一のものに比べて余り変えずに維持することができ
る。また、コンデンサの電気的Ｑを維持しつつ機械的共
振周波数を変えることができる。したがって、可変容量
コンデンサの用途に応じて動作周波数の適用範囲を決め
ることができる。

【００７４】請求項２記載の発明は、支持腕部の厚みに
比べて可動電極部の厚みが大きくなっているので、片持
梁部材の電気的直列抵抗およびコンデンサの電気的Ｑは
余り変わらずに、機械的共振周波数が低くなる。また、
低電圧駆動が可能で、片持梁部材の変位も大きく、容量
変化を大きくなる。

【００７５】請求項３記載の発明は、支持腕部の厚みに
比べて可動電極部の厚みが小さくなっているので、片持
梁部材の電気的直列抵抗および電気的Ｑを余り変えず
に、機械的共振周波数を高くすることができる。

【００７６】請求項４記載の発明は、支持腕部の厚みに
対し可動電極部の厚みを厚く形成する。これにより、電
気的直列抵抗および電気的Ｑを余り変えることなく、機
械的共振周波数を小さくすることができる。

【００７７】請求項５記載の発明は、可動電極部の厚み
に対し支持腕部の厚みを厚く形成する。これにより、電
気的直列抵抗およびコンデンサの電気的Ｑを余り変える
ことなく、機械的共振周波数を大きくすることができ
る。

【００７８】請求項６記載の方法を採用することによ
り、可変容量コンデンサの電気的Ｑを大きく変えること
なく、可変容量コンデンサの機械的共振周波数を設定な
いし調整すりことができ、これにより可変容量コンデン
サの動作周波数の利用領域を変えることができる。ま
た、機械的共振周波数設定手段としては、片持梁部材の
可動電極と支持腕部の厚みを変更要素として用いるの
で、用途に応じて可変容量コンデンサの機械的共振周波
数を高低いずれにも設定ないし調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の可変容量コンデンサの第１実施例の
斜視図

【図２】 本発明の可変容量コンデンサの製造方法の第
１実施例において、絶縁基板に固定電極を形成する工程
図

【図３】 同じく、固定電極およびその周囲の絶縁基板
に犠牲層を形成する工程図

【図４】 同じく、犠牲層および絶縁基板上に、膜形成
手段により、可動電極部、支持腕部および支持基部より
なる支持梁部材を形成する工程図

【図５】 同じく、膜形成手段により支持基部および可
動電極部の厚みを厚くする工程図

【図６】 同じく、基板全体をエッチング液に浸漬して
犠牲層を除去し、その後に空隙を形成する工程図

【図７】 本発明の可変容量コンデンサの第２実施例の
斜視図

【図８】 本発明の可変容量コンデンサの製造方法の第
２実施例において、膜形成手段により支持基部および支
持腕部の厚みを厚くする工程図

【図９】 同じく、基板全体をエッチング液に浸漬して
犠牲層を除去し、その後に空隙を形成する工程図

【図１０】 本発明の可変容量コンデンサの製造方法に
おいて、支持腕部の厚みｔを変えた場合の具体例を示す
図

【図１１】 同じく、支持腕部の厚みｔに対する機械的
共振周波数の特性図

【図１２】 同じく、機械的共振周波数に対する振幅の
特性図

【図１３】 従来の可変容量コンデンサの形態図

【符号の説明】

１ 絶縁基板 ２ 固定電極 ３ 犠牲層 ４、４１、４２ 片持梁部材 ４ａ、４ａ’ 支持基部 ４ｂ、４ｂ’ 支持腕部 ４ｃ、４ｃ’ 可動電極部 ｇ 空隙

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板に一方電極となる固定電極が形
   成され、この固定電極に対して他方電極となる可動電極
   部が空隙を介して対向配置され、この可動電極部は支持
   腕部を介して支持基部により前記絶縁基板に支持固定さ
   れ、前記固定電極と前記可動電極部との間に印加した電
   圧により前記可動電極部を変位させて可変容量を得るよ
   うにした可変容量コンデンサにおいて、 前記可動電極部の厚みと前記支持腕部の厚みを相互に違
   う厚みに構成したことを特徴とする可変容量コンデン
   サ。
2. 【請求項２】 前記支持腕部の厚みに対して、前記可動
   電極部の厚みを厚く構成したことを特徴とする請求項１
   記載の可変容量コンデンサ。
3. 【請求項３】 前記支持腕部の厚みに対して、前記可動
   電極部の厚みを薄く構成したことを特徴とする請求項１
   記載の可変容量コンデンサ。
4. 【請求項４】 絶縁基板に固定電極を形成し、前記固定
   電極表面と該固定電極に連なる前記絶縁基板の一部表面
   に跨って犠牲層を形成し、 支持基部、支持腕部、および可動電極部の各部分からな
   る金属の片持梁部材であって、該支持基部を前記絶縁基
   板表面に形成し、前記可動電極部が前記固定電極表面に
   対向するように、該支持腕部および該可動電極部を前記
   犠牲層上に形成し、つぎに前記片持梁部材の前記可動電
   極部と前記支持腕部のいずれか一方の露出表面に金属を
   堆積して該一方の厚みを他方の厚みに比べて厚く形成
   し、 その後、前記犠牲層をエッチングして除去することを特
   徴とする可変容量コンデンサの製造方法。
5. 【請求項５】 絶縁基板に固定電極を形成し、前記固定
   電極表面と該固定電極に連なる前記絶縁基板の一部表面
   に跨って犠牲層を形成し、 支持基部、支持腕部、および可動電極部の各部分からな
   る金属の片持梁部材であって、該支持基部を前記絶縁基
   板表面に形成し、前記可動電極部が前記固定電極表面に
   対向するように、該支持腕部および該可動電極部を前記
   犠牲層上に形成し、つぎに前記片持梁部材の前記可動電
   極部と前記支持腕部のいずれか一方をエッチングして該
   一方の厚みを他方の厚みに比べて薄く形成し、 その後、前記犠牲層をエッチングして除去することを特
   徴とする可変容量コンデンサの製造方法。
6. 【請求項６】 絶縁基板に固定電極が形成され、この固
   定電極に対し可動電極部が空隙を介して対向配置され、
   この可動電極部は支持腕部を介して支持基部により前記
   絶縁基板に支持固定され、前記可動電極部、支持腕部お
   よび支持基部は片持梁部材を構成し、前記固定電極と前
   記片持梁部材との間に印加した電圧により、前記可動電
   極部を変位させて可変容量を得るようにした可変容量コ
   ンデンサであって、 前記可動電極部と前記支持腕部の厚みを相対的に変える
   ことにより、前記片持梁部材の機械的共振周波数を定め
   ることを特徴とする可変容量コンデンサの機械的共振周
   波数設定方法。